UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Transcrição

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO PROJETO DE ANTENAS MULTIBANDAS INTEGRADAS PARA TERMINAIS 4G HÉLIO RENATO OEIRAS FERREIRA DM 05 / 2014 UFPA / ITEC / PPGEE Campus Universitário do Guamá Belém-Pará-Brasil 2014

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA HÉLIO RENATO OEIRAS FERREIRA PROJETO DE ANTENAS MULTIBANDAS INTEGRADAS PARA TERMINAIS 4G DM 05 / 2014 UFPA / ITEC / PPGEE Campus Universitário do Guamá Belém-Pará-Brasil 2014 iii

3 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA HÉLIO RENATO OEIRAS FERREIRA PROJETO DE ANTENAS MULTIBANDAS INTEGRADAS PARA TERMINAIS 4G Dissertação submetida à Banca Examinadora do Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica da UFPA para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Elétrica na área de Telecomunicações, elaborada sob a orientação do Prof. Dr. Gervásio Protásio dos Santos Cavalcante. UFPA / ITEC / PPGEE Campus Universitário do Guamá Belém-Pará-Brasil 2014 iv

4 Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP) Ferreira, Hélio Renato Oeiras, Projeto de antenas multibandas integradas para terminais 4g / Hélio Renato Oeiras Ferreira Orientador: Gervásio Protásio dos Santos Cavalcante. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Pará, Instituto de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Belém, Antenas (eletrônica). 2. Sistemas de comunicações móveis. 3. Telefonia celular. 4. Antenas ultra banda larga. I. Título. CDD 22. ed v

5 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA PROJETO DE ANTENAS MULTIBANDAS INTEGRADAS PARA TERMINAIS 4G AUTOR: HÉLIO RANATO OEIRAS FERREIRA ESTA DISSERTAÇÃO FOI JULGADA ADEQUADA PARA O EXAME DE DEFESA DE MESTRADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA, NA ÁREA DE TELECOMUNICAÇÕES, E APROVADO NA SUA FORMA FINAL PELA BANCA EXAMINADORA DESIGNADA PELO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA DO INSTITUTO DE TECNOLOGIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ EM 26 DE FEVEREIRO DE Prof. Dr. Gervásio Protásio dos Santos Cavalcante (PPGEE UFPA) ORIENTADOR Prof. Dr. Fabrício José Brito Barros (CAMPUS TUCURUI UFPA) MEMBRO EXTERNO Profa. Dra. Jasmine Priscyla Leite de Araújo (UFPA) MEMBRO EXTERNO VISTO: Prof. Dr. Evaldo Gonçalves Pelaes Coordenador do PPGEE/ITEC/UFPA UFPA / ITEC / PPGEE vi

6 AGRADECIMENTOS Agradeço ao meu Deus Pai Todo Poderoso que permitiu ter chego até aqui, pôs Porque dele e por ele, e para ele, são todas as coisas; glória, pois, a ele eternamente. Amém! Romanos 11:36. A minha Mãe Sra. Gisele Socorro Oeiras Ferreira, que sempre foi para mim um exemplo de vida, em todas as áreas e etapas de minha vida, a minha esposa Rafaela Barbosa da Costa Oeiras Ferreira que têm sido minha fiel companheira, amiga e conselheira, a minha filha e a todos os familiares e amigos por estarem sempre ao meu lado me apoiando em todos os momentos. Ao Prof. Gervásio Protásio Cavalcante, por sua orientação, companheirismo, confiança, paciência e ajuda em todos os momentos que mais precisei. Ao Prof. Fabrício José Brito Barros, pela credibilidade a mim atribuída, por sua amizade e por valiosas contribuições ao trabalho. Meu agradecimento ao Prof. Ronaldo Oliveira que acompanhou meus passos desde a graduação e por ser meu maior incentivador ao ingressar nos estudos avançados. Ao meu amigo Alexandre da Silva Rocha que foi meu companheiro de graduação e teve suas contribuições no início desta pequisa. Aos Professores: Jasmine Araújo, Joseane Rodrigues, Bruno Líra, pelo auxílio e pelos ensinamentos a mim repassados ao longo do caminho. Aos amigos de trabalho que constituem o LCT: Nelson Mateus, Allan Costa, Allan Braga, João Victor, Diego Kasuo, Walter Martins, Ramz Fraiha, Regina Nascimento pela parceria e por valiosas contribuições ao trabalho. A todos os demais profissionais do programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Pará. vii

7 SUMÁRIO Lista de Ilustrações Lista de Tabelas Lista de Siglas Resumo Abstract x xiii xiv xv xvi 1 Introdução Objetivos da Dissertação Composição da Dissertação 5 2 Fundamentação Teórica Parâmetros Fundamentais de Antenas Diagrama de Radiação Regiões de Campo Diretividade Ganho Largura de Banda Impedância de Entrada Parâmetros de reflexão Coeficiente de Reflexão de Tensão na Carga Perda de Retorno ROE(Relação de Onda Estacionária) Antenas Filamentares Dipolo de Meio Comprimento de Onda Monopolo de Quarto de Onda 2.4 Considerações Finais Antenas Multibandas Linha de Microfita Distribuição Superficial de Corrente e Impedância de entrada Distribuição superficial de corrente para a associação dos dois 24 viii

8 primeiros elementos Impedância de entrada para a associação dos dois primeiros elementos Distribuição superficial de corrente para a associação dos três elementos Impedância de entrada para a associação dos três elementos ressonantes 3.3 Considerações Finais Projeto e Simulação da Antena Projeto da Linha de microfita Parâmetros de simulação Simulação das etapas do projeto da antena com tripla ressonância Antena com um elemento ressonante e operação em 2 GHz Antena com dois elementos ressonantes e operação em 2 GHz e 2,5 GHz Antena com três elementos ressonantes e operação em 2 GHz, 2,5 GHz e 3 GHz 4.4 Considerações Finais 50 5 Confecção, Medições e Testes do Protótipo da Antena Processo de confecção e medição da antena proposta Confecção e montagem Medição e comparação Resultados comparativos Testes utilizando a antena proposta Considerações Finais 62 6 Conclusões 63 Referências Bibliográficas 64 Publicações 69 ix

9 Lista de Ilustrações Figura 2.1. Diagrama polar normalizado de potência em db de um dipolo 2 simulado no CST. Figura 2.2. Diagramas Principais de planos E e H de uma antena dipolo infinitesimal 8 Figura 2.3. Regiões de campo de uma antena 9 Figura 2.4. Identificação dos pontos utilizados para calculo de (%) 11 Figura 2.5. Dipolo de meio comprimento de onda 15 Figura 2.6. Impedância de entrada do dipolo em função do seu comprimento 16 Figura 2.7. Distribuição de corrente de um Dipolo de 2 17 Figura 2.8. Distribuição de corrente em uma antena dipolo de 2 17 Figura 2.9. Diagrama tridimensional do dipolo de meio comprimento de onda 18 Figura Antena monopolo sobre um plano terra infinito 18 Figura Distribuição de corrente em uma antena monopolo 4 sobre um plano terra infinito Figura Diagrama de radiação do monopolo sobre um plano terra infinito 20 Figura 3.1. Linha de microfita 21 Figura 3.2. Impedância característica da linha de microfita 22 Figura 3.3. Antena com elementos isolados em (a) Primeiro elemento, (b) Segundo elemento e (c) Terceiro elemento Figura 3.4. Antena com dois elementos 24 Figura 3.5. Distribuição de Corrente em 2 GHz 25 Figura 3.6. Gráfico comparativo de impedâncias de entrada entre o primeiro elemento e com o segundo Figura 3.7. Antena com três elementos radiantes 27 Figura 3.8. Distribuição de Corrente em 2 GHz 27 Figura 3.9. Distribuição de Corrente em 2,5 GHz 28 Figura Distribuição de Corrente em 3,5 GHz 28 Figura Comparação entre as impedâncias de entrada das antenas com dois elementos e com três elementos Figura Gráfico simulado no CST para a reatância da antena proposta em função da freqüência Figura 4.1. Linha de microfita 32 Figura 4.2. Gráfico de parda de retorno para linha de microfita com carga resistiva x

10 Figura 4.3. Circuito equivalente para a linha de microfita 33 Figura 4.4. Pulso gaussiano no domínio do tempo 34 Figura 4.5. Pulso gaussiano no domínio da frequência 34 Figura 4.6. Antena com um único elemento 35 Figura 4.7. Gráfico do coeficiente de reflexão ( ) em função da frequência 36 Figura 4.8. Gráfico de perda de retorno para antena com um elemento 36 Figura 4.9. Gráfico do VSWR para antena com um elemento 37 Figura Gráfico de impedância de entrada parte real e parte imaginária 38 Figura Distribuição de Campo elétrico tridimensional 38 Figura Distribuição superficial de corrente na antena 39 Figura Diagrama de radiação tridimensional da antena com um elemento 39 Figura Diagrama polar da antena com um elemento radiante 40 Figura Antena com dois elementos ressonantes 40 Figura Gráfico do coeficiente de reflexão para a antena com dois elementos 41 Figura Gráfico de perda de retorno para a antena com dupla ressonância 42 Figura Gráfico do VSWR para a antena com dupla ressonância 42 Figura Gráfico de impedância de entrada parte real e parte imaginária para a 43 antena com dupla ressonância Figura (a) Campo Elétrico em 2 GHz e (b) Campo Elétrico em 2,5 GHz 43 Figura (a) Diagrama 3D em 2 GHz e (b) Diagrama 3D 2,55 GHz Figura Diagrama Polar em 2 GHz e (b) Diagrama polar em 2,5 GHz Figura Antena proposta com três elementos ressonantes 45 Figura Gráfico do coeficiente de reflexão na antena com três elementos 45 ressonantes Figura Gráfico de perda de retorno para a antena com três elementos ressonantes 46 Figura Gráfico do VSWR da antena com tripla ressonância 47 Figura Gráfico de Impedância de entrada parte real e parte imaginária em função 47 da frequência de ressonância Figura (a) Campo Elétrico em 2 GHz, (b) Campo Elétrico em 2,5 GHz e (c) 48 Campo Elétrico em 3,5 GHz Figura (a) Diagrama 3D em 2 GHz, (b) Diagrama 3D em 2,5 GHz e (c) Diagrama 49 3D em 3,5 GHz Figura (a) Diagrama Polar em 2 GHz, e (b) Diagrama polar em 2,5 GHz 49 xi

11 Figura (b) Diagrama Polar em 3,5 GHz 50 Figura 5.1. Desenho ilustrativo da antena proposta e suas configurações 52 Figura 5.2. Imagens da Antena em (a) frente do protótipo e em (b) traseira do protótipo 53 Figura 5.3. Setup de medição dos parâmetros de reflexão da antena proposta 54 Figura 5.4. Gráfico comparativo do coeficiente de reflexão na antena proposta 55 Figura 5.5. Gráfico comparativo de perda de retorno da antena proposta 55 Figura 5.6. Gráfico comparativo do VSWR da antena proposta 56 Figura 5.7. Gráfico de impedância total de entrada da antena proposta 57 Figura 5.8. Cenário de teste de recepção da antena proposta 58 Figura 5.9. Sinal recebido na frequência de 2 GHz 59 Figura Sinal recebido na frequência de 2,5 GHz 59 Figura Sinal recebido na frequência de 3,5 GHz Figura Setup de conexão entre antena e o aparelho Figura Dispositivo conectado apenas ao cabo para antena rural Figura Dispositivo com a antena conectada no cabo xii

12 Lista de Tabelas Tabela 2.1. Conversão entre perda de retorno, SWR, GAMMA, Potência 14 Transmitida e Potência Refletida Tabela 5.1. Lista de materiais utilizados na confecção no protótipo da antena 52 Tabela 5.2. Tabela comparativa entre resultados simulados e medidos 56 Tabela 5.3. Tabela comparativa entre resultados simulados e medidos 57 Tabela 5.4. Tabela apresentando o detalhamento dos testes 60 xiii

13 Lista de Siglas ITU IMT-2000 UMTS HSPA GSM CDMA EV-DO TD-SDMA WIMAX LTE WLAN DCS PCS WiBro ISM HFSS FDD TDD CST IEEE BW RF VSWR FIT ROE FEM MoM FDTD LCT UFPA PEC International Telecomunication Union. International Mobile Telecommunications Universal Mobile telecomunications System. High Speed Packet Access. Global System Mobile. Code Division Multiple Access. Evolution Data Optimized. Time Division Synchronous Code Division Multiple Access. Worldwide Interoperability for Microwave Access. Long Term Evolution. Wireless Local Area Network. Digital Cellular System. Personal Communications Service. Wireless Broadband. Industrial, Scientific and Medical. High Frequency Structure Simulator. Frequency Division Duplexing. Time Division Duplexing. Computer Simulation Technology. Institute of Electrical and Electronics Engineers. Bandwidth. Radiofrequência. Voltage Stand Wave Ratio. Técnica de Integração Finita. Relação de Onda Estacionária. Método dos Elementos Finitos. Métodos dos Momentos. Diferenças Finitas no Domínio do Tempo. Laboratório de Computação e Telecomunicações Universidade Federal do Para. Condutor Elétrico Perfeito. xiv

14 RESUMO O presente trabalho apresenta um projeto e análise de uma antena monopolo planar multibanda operante nas frequências de 2000 MHz, 2500 MHz e 3500 MHz para aplicação em dispositivos móveis 3G e 4G. Dentre essas faixas estão contidos os espectros 3G ( MHz), 4G ( MHz) e 4G ( MHz) utilizadas pelo LTE e WIMAX 3,5. Para o desenvolvimento desse estudo foi tomado como referência uma antena dual-band de Hua- Ming Chen projetada para operar em sistemas ISM 1800 MHz, redes Wireless e Bluetooth 2400 MHz. O projeto proposto neste trabalho é uma modificação na estrutura da antena dual-band adaptada para tripla ressonância simultânea em frequências utilizadas em redes móveis 4G. Para alcançar o objetivo proposto utilizou-se para simulação o software CST MICROWAVE STUDIO baseado no método Integração Finita no Domínio, as simulações foram feitas no domínio do tempo. Após obtenção satisfatória dos resultados simulados, um protótipo da antena foi confeccionado para medição e teste, os resultados apresentados são coerentes aos obtidos na simulação, o que valida o método proposto. Palavras-chave: antena monopolo planar multibanda, LTE e WIMAX, 3G e 4G. xv

15 ABSTRACT This paper presents a design and analysis of a planar monopole antenna operating in multiband frequencies of 2000 MHz, 2500 MHz and 3500 MHz for use in 3G and 4G mobile devices. Among these bands are contained 3G ( MHz), 4G ( MHz) and 4G ( MHz) spectra used by LTE and WIMAX 3.5. For the development of this study was taken as reference Hua-Ming Chen s dual-band antenna designed to operate at ISM systems (1800 MHz), wireless networks and Bluetooth (2400 MHz). The project proposed in this work is a modification in the structure of the dual-band antenna adapted for simultaneous triple resonance frequencies used in 4G mobile networks. To achieve the proposed objective was used to simulate the CST MICROWAVE STUDIO software based on the Finite Integration method in Domain; the simulations were done in the time domain. After obtaining satisfactory simulated results, a prototype antenna was built to test and measurement; the presented results are consistent with those obtained in the simulation, which validates the proposed method. Keywords: planar monopole antenna multiband, LTE and WIMAX, 3G and 4G. xvi

16 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO Com o advento das inovações tecnológicas dos sistemas de modulações digitais, os sistemas de comunicações móveis convergiram para a digitalização de seus serviços. Com o surgimento das tecnologias 3G e 4G, ouve um aumento significativo nas taxas de transferência de dados. No início do século XXI, o ITU (International Telecomunication Union) especificou padrões para a evolução 3G, que fizeram parte do projeto IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000) padrão especificado para implantação da tecnologia 3G. Nesta tecnologia, as taxas de transferências de dados de 144 Kbps passaram a ser de 384 Kbps em movimento e até 2 Mbps em ambientes fechados [1]. Dentre as tecnologias utilizadas no 3G podem ser apontadas: UMTS (Universal Mobile telecomunications System) HSPA (High Speed Packet Access) da família GSM (Global System Mobile), CDMA EV-DO (Evolution Data Optimized) da família CDMA (Code Division Multiple Access), e outros como TD-SDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) e WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). O 3G ainda teve uma evolução com a chegada do LTE (Long Term Evolution) possibilitando alcance na transferência de dados entre 5-12 Mbps, este último é conhecido popularmente como 3,5G ou 3G MAX. Atualmente, o mundo já caminha para a quarta geração da comunicação móvel, também conhecido popularmente como 4G, os padrões que regem a implantação do 4G é o IMT-Advanced (4G) anunciado em outubro de 2010 pelo ITU, as tecnologias utilizadas são LTE-Advanced e Wimax IEEE m, que permitem alcançar taxas de transferências de dados dez vezes superior às redes atuais [2]. O 4G já se encontra presente em quase todos os continentes e opera em diversas frequências no mundo. A tecnologia LTE permite utilizações em 700 MHz, 1800 MHz ou 2100 MHz, 2500 MHz e 3500 MHz, e ou WIMAX em 3500 MHz. No Brasil a tecnologia 4G, inicialmente funcionará em 2500 MHz, porém após se concretizar a digitalização da TV aberta no Brasil, o 4G também funcionará em 700 MHz, hoje ocupado pelos canais de TV aberta analógica. Nos estados brasileiros as localidades com mais de 30 mil habitantes devem adotar o padrão até 31 de Dezembro de Esse cenário de mudanças tecnológicas faz com que à medida com que os sistemas de comunicações móveis evoluam, ocorra uma demanda 1

17 proporcional no projeto de elementos radiadores miniaturizados capazes de operarem em múltiplas frequências e serem integrados nos dispositivos móveis portáteis. Essa demanda se remete à necessidade de utilização de dispositivos móveis capaz de suportar diversas tecnologias como 3G, 4G, e etc. Uma antena que opera simultaneamente em 2000 MHz, 2500 MHz e 3500 MHz, é uma antena com tripla operação ou antena multibanda. Em virtude da demanda de projeto de antenas multibandas, muitos autores estão empenhados em projetar antenas que sejam capazes de atender as especificações de projeto estabelecido pelas comunicações móveis, como estruturas miniaturizadas, ressonância em múltiplas frequências distintas. Dentre os numerosos trabalhos relacionados a antenas monopolo multibandas destacam-se alguns disponíveis na literatura [3]-[30]. O autor Qi-Tao Zhang [3], propôs um monopolo planar retangular alimentado por uma linha de microfita de 50 Ω. Foram feitos cortes no formato de L no plano terra e um corte no formato de U na antena, além de dois cortes saindo da plaqueta proporcionando a antena um formato de E. Nos resultados obtidos à medida com que são alteradas as dimensões do corte no formato de U da antena, ocorre um deslocamento da freqüência de ressonância, o que permite fazer com que a antena opere em bandas utilizadas pelas redes móveis. As alterações feitas no comprimento dos cortes no formato de L influenciam no casamento de impedância entre a antena e a fonte. Em um processo de otimização dos cortes nos formatos de U na antena e L no plano terra, obteve-se tripla ressonância em 1900 MHz, 2800 MHz e 5100 MHz. Outro modelo de antena monopolo planar multibanda é proposto por Naser- Moghadasi [4], o objetivo foi desenvolver uma antena capaz de operar em sistemas de redes móveis portáteis. Um processo de parametrização é utilizado para obter a configuração que permitiu a operação em UMTS ( MHz), WLAN (Wireless Local Area Network) ( MHz), móvel WIMAX (IEEE e MHz), WLAN ( / MHz), e ( MHz). O autor utilizou como base uma antena monopolo planar simples que possuia uma única ressonância, foram introduzidos dois braços semi-circulares condutores no formato de anéis no elemento radiante, um interligado na extremidade superior da antena e outro na entrada da antena, dando a antena um aspecto de um gacho. Uma nova ressonância foi obtida para cada braço introduzido na antena, isso ocorreu devido as ramificações feitas no comprimento elétrico da antena. Qi-Tao Zhang ressalta que as frequências de ressonâncias obtidas, podem ser ajustadas para outras 2

18 frequências sem precisar alterar as dimenssões da antena, somente alterando a configuração de uma ranhura de formato retangular feita no plano terra. O autor Zhixi Liang, propôs um modelo de antena monopolo planar multibanda no formato de serpente [5], esta nova antena tem tripla ressonância e pode operar em até seis bandas diferentes de frequência, cujo sua estrutura pode ser utilizada em dispositivos móveis que utilizam o GSM ( MHz), DCS (Digital Cellular System) ( MHz), PCS (Personal Communications Service) ( MHz), UMTS ( MHz), WiBro (Wireless Broadband) ( MHz) e ISM (Industrial, Scientific and Medical) ( MHz). As características da antena proposta, foram obtidas por otimização utilizando o software HFSS (High Frequency Structure Simulator) para simulação dos resultados. A operação multibanda dessa antena está diretamente relacionada com as curvas feitas ao longo do seu comprimento total. O comprimento total é de aproximadamente 105 mm correspondente a ressonância em 920 MHz, uma curva feita no comprimento aproximado de 48 mm, permitiu ressonância 1800 MHz e 2050 MHz. O comprimento ressonante para a frequência de 2450 MHz é 36 mm. Nos diferentes comprimentos em que ocorrem as curvas no elemento radiante fornecem á antena, uma operação semelhante às antenas anteriormente citadas em que os diversos comprimentos criados para fluir a corrente de superfície atuam como filtros de ressonância. As antenas propostas em [3]-[5], apresentam operações multibandas, e suas múltiplas operações estão relacionadas aos diversos percursos criados para fluir a corrente de superfície nos elementos radiantes, dando a elas vários comprimentos ressonantes de aproximadamente 4, essas observações são validas quando comparadas com estudados de antenas monopolos filamentares de quarto de onda sobre um plano terra [31], [32]. Neste contexto o autor Hua-Ming Chen, propôs uma antena monopolo dual-band com uma configuração simplificada, onde a antena proposta consiste de dois monopolos impressos de diferentes comprimentos elétricos [6]. Os elementos são eletricamente interligados em suas extremidades inferiores alimentados por uma linha de microfita de 50 Ω. Cada monopolo possui comprimento de ressonância próximos de 4 das frequências de operações em 1800 MHz e 2400 MHz, onde é o comprimento de onda central para cada ressonância obtida pela antena. A antena com dupla operação foi projetada para integração em dispositivos portáteis que utilizam sistemas ISM 1800 MHz e redes Wireless e Bluetooth 2400 MHz. Apesar da fácil configuração dessa antena, as bandas de operação obtidas não são interessantes para a aplicação simultânea em dispositivos móveis atuais 3G e 4G, pois um reajuste dos elementos monopolos seria necessário para ressoar em novas frequências de 3

19 interesse, além disso, uma abrangência maior em frequências de ressonâncias distintas se faz necessário, o que torna o projeto atual inviável para integração em dispositivos móveis modernos. É neste contexto que este trabalho baseado nas características multibanda das antenas anteriormente citadas, propõe modificações na antena proposta por Hua-Ming Chen, a fim de obter um novo modelo capaz de operar simultaneamente em 2000 MHz, 2500 MHz e 3500 MHz. A escolha desse modelo possibilita a fácil configuração do comprimento ressonante dos monopolos planares. A nova antena proposta neste trabalho será projetada para utilização em sistemas móveis atuais 3G e 4G. Serão feitas alterações nas dimensões dos monopolos existentes no antigo projeto e será introduzido mais um elemento monopolo radiador. Os elementos serão configurados para operarem no 3G ( MHz), 4G ( MHz) e 4G ( MHz), ambas utilizadas pela maioria dos canais LTE/FDD (Frequency Division Duplexing) e LTE/TDD (Time Division Duplexing) no mundo. As modificações propostas por este trabalho foram baseadas em resultados simulados no CST (Computer Simulation Technology), e apresentam características de propagação aceitáveis para integração nos dispositivos móveis portáteis atuais. As simulações foram validadas comparando as com resultados medidos do projeto final construído. A antena é de fácil fabricação e baixo custo Objetivos da Dissertação Este trabalho tem como modo objetivo propor uma nova antena monopolo com tripla operação compreendida entre as frequências 3G ( MHz), 4G ( MHz) e 4G ( MHz) utilizadas pelo LTE e WIMAX 3,5. Dentro dessa performance se almeja alcançar os processos de fabricação industrial, sendo integradas em aparelhos modernos de terceira e quarta geração como ifone, tablets, notebook, e etc. Dentro desse contexto, segue-se a programação: a) Análise das técnicas para projeto de antenas multibandas; b) Análise dos tipos de antenas multibandas disponíveis na literatura; 4

20 c) Apresentar uma proposta de antena monopolo multibanda capaz operar em Redes 3G e 4G. d) Projeto e montagem desse protótipo. e) Avaliar os resultados obtidos Composição da Dissertação Esta dissertação é composta de seis capítulos e um apêndice. Os assuntos referentes a cada capítulo e apêndice são os seguintes: Capítulo 1: introdução ao trabalho proposto, sua motivação e objetivos, assim como uma revisão da literatura específica; Capítulo 2: desenvolvem-se os conceitos fundamentais sobre a teoria básica de antenas a serem empregadas nesse estudo e são comentados alguns artigos que compõe o estado da arte da dissertação; Capítulo 3: é apresentado a antena monopolo planar multibanda proposta e os estudos desenvolvidos para alcançar a geometria do projeto final da antena; Capítulo 4: é destinado ao detalhamento das especificações do projeto da antena a ser fabricada, e a análise das modificações em suas estruturas realizadas por meio das simulações; Capítulo 5: tratado detalhamento da montagem do protótipo da antena e procedimentos práticos para obtenção dos resultados; Capítulo 6: conclusões; 5

21 CAPÍTULO 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Na norma IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Definições Padronizadas e Termos para antenas (IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas IEEE Std ), uma antena é definida como um dispositivo para radiação ou a recepção de ondas de rádio [33]. De outra forma, uma antena é compreendida como o dispositivo intermediário entre o espaço livre e o dispositivo guia de onda ou linha de transmissão. As antenas estão presentes nos diversos sistemas de comunicação sem fio como: sistema via Satélite, sistemas de Radio e TV abertos, Redes Móveis e etc. Para cada aplicação são requeridas características estruturais e de radiação a ser levado em conta nas especificações de projeto da antena. Parâmetros muito considerados na elaboração de projetos de antenas são: área de cobertura, tamanho reduzido, maior largura de banda, fácil construção e menor relação custo benefício. No projeto de sua estrutura é levado em conta não apenas as dimensões da antena que devem estar dentro de uma característica padrão para sua implantação em um determinado sistema de comunicação, mais também sua área de cobertura que influenciará diretamente no desempenho do sistema de enlace de comunicação sem fio. Neste contexto, devem-se definir as características de irradiação da antena, que devem ser consideradas para satisfazer as condições de operação e um desempenho ótimo do sistema. A determinação das características de radiação de uma antena está relacionada a obtenção de diversos parâmetros. Dentre os parâmetros fundamentais de antenas podem ser destacados: diagrama de radiação, regiões de campo, diretividade, ganho, largura de banda, impedância de entrada e parâmetros de reflexão. Assim, neste capítulo, serão apresentados todos os conceitos teóricos relevantes para o desenvolvimento desta dissertação. Dentre estes conceitos destacam-se: os parâmetros fundamentais de antenas anteriormente mencionados, assim como, os conceitos referentes às antenas dipolo de meio comprimento de onda e antena monopolo de quarto de onda. O estudo destas antenas se faz necessário por serem as antenas mais versáteis e comumente usadas até hoje. As características dessas antenas serviram como base para o projeto de diversas antenas monopolos e dipolos modificados. Pois uma grande quantidade de diferentes antenas 6

22 encontradas no mercado partiu dos princípios básicos estudados sobre antenas monopolos e dipolos filamentares. Sendo o projeto proposto nesse trabalho mais um fundamentado nestes conceitos teóricos Parâmetros Fundamentais de Antenas Diagrama de Radiação A representação gráfica das propriedades de radiação de uma antena em função das coordenadas espaciais define um diagrama de radiação [34]. Em geral, os diagramas de potência das antenas são normalizados e expressos em Decibéis (db). Figura 2.1. Diagrama polar normalizado de potência em db de um dipolo 2 simulado no CST. Uma antena polarizada linearmente em geral é descrito em termos dos diagramas principais, um contendo o vetor de campo elétrico, plano E, e outro contendo o vetor de campo magnético, plano H. A Figura 2.2, mostra um diagrama onde o plano x-z, (plano de elevação; =0) é o plano E principal, enquanto o plano o plano x-y (plano azimutal; = 2) é o plano H principal. 7

23 Figura 2.2. Diagramas Principais de planos E e H de uma antena dipolo infinitesimal O diagrama da figura 2.2, é do tipo omnidirecional, comumente usado como referência para comparação com os diagramas obtidos nos projetos de antenas multibandas compactas [4]-[7], [10]-[13]. O diagrama é não direcional no plano azimutal [, = /2], e direcional no plano de elevação [, = ], onde tem diagrama essencialmente não direcional no plano (azimutal) e um diagrama direcional em qualquer outro plano ortogonal (elevação) Regiões de Campo A área que envolve uma antena é subdividida em três regiões, sendo elas: Região de campo próximo reativo, região de campo próximo radiante ou (região de Fresnel) e Região de campo distante ou (Região de Fraunhofer) [34]. A região de campo próximo reativo é definida como a porção da região de campo próximo imediatamente ao redor da antena, onde predomina o campo reativo. Em antenas monopolos multibandas é observado efeitos de variação na impedância de entrada, na largura de banda e na frequência de ressonância, devido à indução eletromagnética por elementos ressonantes muito próximos uns dos outros [5]-[10]. A região de campo próximo radiante (região de Fresnel) é definida como sendo a região de campo de uma antena entre a região de campo próximo e a região de campo 8

24 distante, onde predomina o campo radiante e a distribuição angular dos campos depende da distância à antena. A Região de campo distante ou (Região de Fraunhofer), é definida como a região onde a distribuição angular dos campos independe à antena. Figura 2.3. Regiões de campo de uma antena Na figura 2.3, o raio <0,62 / é a fronteira externa da região de campo próximo reativo, onde D é máxima Dimensão da antena e λ é o comprimento de onda, <2 / é a fronteira externa da região de campo próximo radiante Diretividade A diretividade de uma antena é definida como a razão entre a intensidade de radiação (Potência) em uma dada direção de uma antena e a intensidade de radiação média (Potência média) da mesma antena [35]. A intensidade de radiação média é a potência total radiada dividida por 4π, essa se refere a potência que seria radiada por uma fonte isotrópica hipotética sem perdas que tem a mesma radiação em todas as direções [34]. Por tanto, = = 4, 2.1 9

25 D = Diretividade (adimensional); U = Intensidade de radiação (W/ unidade de ângulo sólido); U = Intensidade de radiação de uma fonte isotrópica (W/ unidade de ângulo sólido); P = Potência radiada total (W) Ganho O ganho de uma antena é aproximadamente relacionado com a diretividade, porém o ganho leva em conta não apenas as propriedades direcionais da antena mais também a eficiência da mesma. O ganho de uma antena em uma dada direção é definido como a razão entre a intensidade de radiação, em uma dada direção, e a intensidade de radiação que seria obtida se a potência aceita pela antena fosse radiada isotropicamente [34]. çã h =4 ê = =4, adimensional 2.2 [34]: A potência total radiada ( ) está relacionada à potência total de entrada ( ) por = 2.3 onde é a eficiência de radiação da antena. No geral é de difícil calculo, mas podem ser obtidas experimentalmente Largura de Banda A largura de banda de uma antena é a faixa em que a antena opera sem alterar algumas de suas características de radiação especificada. A largura de banda absoluta BW (Bandwidth) 10

26 de uma dada antena pode ser compreendida entre dois pontos equidistantes de uma frequência central. O limiar utilizado para calcular a largura de banda BW da antena é definida entre dois pontos de 10 db abaixo do nível máximo de radiação [36]. Dados por e, sendo respectivamente os pontos inferior e superior de frequência. = 2.4 De acordo com o estabelecido na norma do FCC (Federal Communications Comission) [37], a frequência central é a média aritmética entre os limites da largura de faixa de operação de uma antena. = Para antenas de banda estreita a largura de banda relativa ou fracional ( ) é expressa como a razão entre a largura de banda absoluta e a frequência central [34], conforme figura 2.4. % = Figura 2.4. Identificação dos pontos utilizados para calculo de % 11

27 Impedância de Entrada A impedância de entrada de uma antena é definida como a impedância apresentada nos terminais de entrada da antena, ou a razão entre tensão e corrente nos terminais de entrada da antena, ou a razão entre componentes apropriados de campos elétricos e magnéticos em um ponto [34]. A impedância total de entrada poder expressa por: = onde, = Impedância de entrada da antena em (ohms); = Resistência da antena em (ohms); = Reatância da antena em (ohms) Parâmetros de Reflexão Em um sistema de transmissão é necessário que ocorra um perfeito desempenho do sistema de RF (Radiofrequência), para isso, deve-se ter um adequado casamento de impedância entre o transmissor, a linha de alimentação e a antena. Caso este casamento não seja adequado, ocorrerão ondas estacionárias de tensão e corrente, fazendo com que parte do sinal retorne ao transmissor. Dependendo dos níveis de ondas estacionárias pode até ocorrer um comprometimento ao desempenho do sistema ou queima do transmissor. Os parâmetros de reflexão são utilizados para quantificar, medir e descrever o retorno do sinal emitido pelo transmissor. Alguns desses parâmetros podem ser destacados: Coeficiente de Reflexão de Tensão na Carga, Perda de Retorno e VSWR (Voltage Stand Wave Ratio Razão de Tensão de Onda Estacionária) Coeficiente de Reflexão de Tensão na Carga A razão entre onda de tensão refletida e onda de tensão incidente na carga é denominada coeficiente de reflexão de tensão na carga [38], dado por: 12

28 = 2.8 = onda de tensão refletida em (Volts); = onda de tensão incidente em (Volts); onde e, são as amplitudes das ondas refletidas e transmitidas. Os sinais e +, representam as ondas se propagando ao longo de e +. O gamma é a constante de propagação. O coeficiente de reflexão na carga também pode ser obtido por: = = Impedância na carga em (ohms); = Impedância característica da linha em (ohms). Os dispositivos portáteis utilizados em medidas de parâmetros de reflexão na carga (antena) baseiam-se nas equações anteriores para obtenção de coeficiente de reflexão e impedância de entrada [39], o mesmo acontece para os cálculos utilizados no CST, software baseado no método numérico FIT (Técnica de Integração Finita) usado para simulação eletromagnética em geral [40] Perda de retorno A perda de retorno é utilizada para definição da largura de banda de operação de uma antena, onde a mesma não sofre alteração em seus parâmetros fundamentais de radiação, sua escala é dada em decibéis (db). A maioria dos autores utilizam o nível de 10 db para definir a largura de banda [14]-[16]. Na Tabela 2.1, mostra a conversão entre perda de retorno e os parâmetros SWR, Gamma, perda de reflexão, potência transmitida e potência refletida, onde o nível de 10 db representa 90 % de potência sento radiada pela antena e 10 % refletida[41]. 13

29 Tabela 2.1. Conversão entre perda de retorno, SWR, GAMMA, Potência Transmitida e Potência Refletida. Em projetos de antenas multibandas a perda de retorno fornece a largura de banda das frequências em que as antenas operam, sendo de fundamental importância para os projetistas, esse é o parâmetro utilizado para controla as frequências de ressonância a partir de modificações iterativas nas estruturas a fim de se obter o protótipo final que atenda a motivação do projeto ROE (Relação de Onda Estacionária) A relação de onda estacionária ROE também é encontrada na literatura com o nome VSWR. O ROE pode ser obtido pela equação dada por [38]. Para qualquer antena, em sua frequência de ressonância é apresentado uma impedância em seus terminais entrada, se a mesma for igual à impedância da linha de alimentação ao qual a antena é alimentada, tem-se a condição de casamento perfeito, ou seja, =1, a medida com que deslocamos a frequência do sinal para mais ou para menos, aumentamos a relação de onda estacionária, se o deslocamento na frequência exceder a largura de banda em a antena opera, teremos então uma condição de descasamento de impedância total ou uma relação de onda estacionária muito alta, 1.92, conforme tabela 2.1. = á = á = 1+ í í

30 2.3. Antenas Filamentares As antenas filamentares são as antenas mais antigas, de fácil fabricação e em muitos casos, as mais versáteis. Suas estruturas são geralmente retas ou curvas. Dentre inúmeros modelos destacam-se: Dipolo de meio comprimento de onda e Monopolo de quarto de onda. Suas estruturas já foram bastante investigadas e são facilmente encontradas na literatura [31], [42]-[43]. Neste trabalho se faz necessário compreender as características de radiação dessas antenas, a completa compreensão desses fundamentos é o suporte necessário para o desenvolvimento do projeto proposto Dipolo de Meio Comprimento de Onda Dentre as antenas filamentares, o dipolo de meio comprimento de onda é o mais comum e utilizado no mercado [31], o comprimento do dipolo é = 2, onde λ é o comprimento de onda da frequência de operação da antena. A impedância de entrada do dipolo de 2 é =73+ 42,5, composta por uma soma de duas parcelas, uma contendo a parte real (resistência) da impedância de entrada e outra contendo a parte imaginária (reatância) da impedância de entrada. A parte imaginária da impedância de entrada da antena é uma função de seu comprimento. Para reduzir a zero a parte imaginária de, normalmente a antena tem seu comprimento reduzido até que a reatância se anule. Figura 2.5. Dipolo de meio comprimento de onda 15

31 Nos gráfico da figura 2.6, mostra a variação de impedância de entrada parte real e parte imaginária de uma antena dipolo em função do comprimento total da antena. Figura 2.6. Impedância de entrada do dipolo em função do seu comprimento [31] As componentes de campos Elétricos e Magnéticos de um dipolo de meio comprimento de onda podem ser obtidas usando de [31] A distribuição de corrente estacionária ao longo do comprimento do dipolo de meio comprimento de onda é senoidal com um nulo na extremidade figura 2.7, onde a corrente estacionária máxima é igual a corrente de entrada. 16

32 Figura 2.7. Distribuição de corrente de um Dipolo de 2 Uma antena dipolo de 2 foi simulada no CST para análise da distribuição de corrente ao longo do comprimento dos elementos, é possível verificar a afirmação feita [31], visualizando-se o mapa de cores da Figura 2.8 que apresenta a intensidade de corrente em A/m, a distribuição de corrente na antena é máxima nos terminais de entrada e nula em suas extremidades. Figura 2.8. Distribuição de corrente em uma antena dipolo de 2 Na figura 2.9, mostra o diagrama de radiação normalizado tridimensional do dipolo de meio comprimento de onda. É observado que o diagrama é não direcional no plano de azimute [, = 2], e direcional no plano de elevação [, = ]. Esse tipo de diagrama é denominado omnidirecional. 17

33 Figura 2.9. Diagrama tridimensional do dipolo de meio comprimento de onda Monopolo de Quarto de Onda Para um monopolo de 4 sobre o plano de terra, Figura 2.10, tem seus campos Elétricos e Magnéticos distantes dados por (2.11) e (2.12), A impedância de entrada de um monopolo de 4 é igual à metade da impedância de entrada do dipolo isolado de 2 [31]. A Figura 2.10 apresenta a antena monopolo de 4 sobre um plano terra infinito. = 1 2 = 1 2 [73+ 42,5]=36,5+ 21, Figura Antena monopolo sobre um plano terra infinito 18

34 A monopolo de 4 sobre o plano terra infinito foi simulada no CST para análise da distribuição de corrente no elemento radiante e diagrama de radiação, semelhante ao dipolo verifica-se que no terminal de entrada da antena, a corrente é máxima e decai ao longo do comprimento do elemento radiador até se anular em sua extremidade, como pode ser visualizado através da Figura 2.11, que apresenta a distribuição superficial de corrente no elemento radiante. Figura Distribuição de corrente em uma antena monopolo 4 sobre um plano terra infinito O diagrama de radiação tridimensional do monopolo mostrado na Figura 2.12, é equivalente a metade do diagrama de radiação do dipolo de meio comprimento de onda da Figura

35 Figura Diagrama de radiação do monopolo sobre um plano terra infinito 2.4 Considerações Finais Neste capítulo foram apresentados os conceitos teóricos fundamentais para o desenvolvimento do projeto de antena proposto neste trabalho. No capítulo posterior será apresentado um estudo sobre antenas multibandas, mostrando o detalhamento dos passos utilizados para se chegar ao protótipo final. 20

36 CAPÍTULO 3 ANTENAS MULTIBANDAS A antena proposta neste trabalho é uma evolução de uma antena de referência com dupla ressonância disponível na literatura [6]. A nova antena proposta neste trabalho possui três elementos radiantes de diferentes comprimentos de ressonâncias mutuamente alimentados por uma linha de microfita com impedância 50Ω. A antena com tripla ressonância opera em múltiplas bandas de frequências utilizadas pelo 3G e 4G. Neste capítulo, serão apresentadas as considerações necessárias para o desenvolvimento da antena proposta. Entre as considerações a serem estudadas destacam-se: linha de microfita de alimentação da antena, distribuição superficial de corrente na antena, efeitos ocasionados por indução eletromagnética nos elementos da antena e a impedância de entrada da antena Linha de Microfita Para alimentar uma antena impressa ou de microfita, uma técnica muito utilizada é a linha de microfita [44], [45]. Uma linha de microfita consiste de uma fita metálica condutora separada de um plano terra por uma altura h composto por um dielétrico geralmente o substrato, para calcular a largura W é necessário especificar a altura h do substrato, a permissividade relativa do material e a impedância característica desejada. Figura 3.1. Linha de microfita As equações para calcular a Largura W da linha de alimentação de microfita são dadas por [46]. Para valores em que a razão W/h 1, é apresentado a expressão analítica:

37 Para valores em que razão W/h>1, tem-se: 1,393 0,667 1, Na figura 3.2, é apresentado o gráfico da impedância em função da razão entre a largura da fita e a altura do substrato utilizando as equações (3,1) e (3.2). Figura 3.2. Impedância característica da linha de microfita Uma gama de trabalhos relacionados á antenas multibandas, antenas de microfitas e arranjos de antenas de microfitas, utilizam linha de microfita para alimentação dos elementos radiantes [3]-[17], [47]-[52] Distribuição superficial de corrente e Impedância de entrada Para analisar os efeitos de distribuição superficial de corrente e de impedância de entrada na antena proposta, inicialmente foi necessário obter as características de radiação de 22

38 cada elemento isolado a fim de levantar quais seriam os efeitos ocasionados pela união simultânea dos três elementos. Para isso inicialmente utilizou-se o CST para simulação e análise dos resultados. Nos estudos feitos para cada elemento isolado, observa-se que os mesmos possuem características de radiação semelhantes as do monopolo de quarto de onda colocados sobre um plano terra estudado no capítulo 2. Nas figuras 3.3(a-c), mostra isoladamente o desenho de cada um dos elementos, onde seus comprimentos são diferentes, e suas configurações são as mesmas utilizadas pelos elementos da antena multibanda proposta. Cada antena é alimentada por uma linha de microfita de 50 Ω, as configurações da linha de microfita foram obtidas a partir da equação (3.2) conforme estudado no item 3.1 deste capítulo. O primeiro e o segundo elemento possuem comprimentos ressonantes de aproximadamente 0,2, 1 31 e 2 25 respectivamente. O terceiro elemento possui comprimento ressonante um pouco menor, aproximadamente 0,17, 3 15,6 e w1 w2 w3 4 mm. Assim, os três elementos vibram no primeiro modo ressonante (0,25λ). Os parâmetros de radiação obtidos se assemelham as do monopolo estudado no capítulo 2. Figura 3.3(a). Primeiro elemento Figura 3.3(b). Segundo elemento Figura 3.3(c). Terceiro elemento 23

39 Distribuição superficial de corrente para a associação dos dois primeiros elementos Ao introduzir o segundo elemento ressonante da figura 3.3(b) na antena da figura 3.3(a), chega-se a uma nova estrutura com dois elementos ressonantes mutuamente alimentados por uma mesma linha de microfita conforme figura 3.4. Figura 3.4. Antena com dois elementos Aplicando uma excitação gaussiana centralizada na frequência de 2 GHz, foi observado que devido o comprimento elétrico do primeiro elemento ser próximo do primeiro modo ressonante (0,25λ), há maior concentração de distribuição de corrente superficial ao longo do primeiro elemento. Para o segundo elemento, a distribuição de corrente é o resultado da soma do resido de corrente ocasionada pela excitação e a corrente induzida pelos campos eletromagnéticos gerados pelo primeiro elemento conforme figura 3.5. É observado ainda que os níveis de corrente no segundo elemento gerado pela excitação são desprezíveis, o que torna sua influencia desprezível no diagrama de radiação total, isso ocorre por conta de seu comprimento ressonante está fora dos modos de ressonâncias para a frequência de 2 GHz. 24

40 Figura 3.5. Distribuição de Corrente em 2 GHz Impedância de entrada para a associação dos dois primeiros elementos Com relação à impedância de entrada da antena, observou-se que ao introduzir o segundo elemento, apesar do mesmo está dentro da região de campo próximo reativo do primeiro elemento, o efeito reativo ocasionado pelo segundo elemento introduz pouca variação na impedância de entrada do primeiro elemento conforme figura 3.6. A minimização desse efeito se dá devido ser pequena a área paralela entre os elementos e o campo elétrico no elemento não ressonante ser baixo [31], logo pouca energia é armazenada entre os elementos não havendo por tanto efeito reativo significativo com a introdução do segundo elemento na antena. 25

41 Figura 3.6. Gráfico comparativo de impedâncias de entrada entre o primeiro elemento e com o segundo A análise para uma excitação feita com um sinal gaussiano centrado em 2,5 GHz é comparada a obtida anteriormente para a frequência 2 GHz. A diferença é que o elemento radiante predominante para a excitação em 2,5 GHz é o segundo elemento, e a influencia dos efeitos ocasionados pelo primeiro elemento no segundo são novamente desprezíveis assim como para o primeiro caso Distribuição superficial de corrente para a associação dos três elementos A configuração da antena final proposta consiste da introdução do terceiro elemento radiante da figura 3.3(c) na antena da figura 3.4, resultando em uma única antena composta por três elementos radiantes conforme mostrado na figura

42 Figura 3.7. Antena com três elementos radiantes Para esta nova antena, a distribuição de corrente para as excitações feitas individuais em 2 GHz e 2,5 GHz, não diferem das anteriormente estudadas no item 3.2.1, o que não ocasiona nenhuma mudança nas considerações feitas sobre as características de radiação para os dois primeiros elementos da antena anteriormente citado conforme figuras 3.8 e 3.9. Figura 3.8. Distribuição de Corrente em 2 GHz 27

43 Figura 3.9. Distribuição de Corrente em 2,5 GHz Reproduzindo os resultados para uma excitação em 3,5 GHz, observou-se que a distribuição superficial de corrente se concentra com maior intensidade no terceiro elemento de comprimento L3 e pouca corrente flui ao longo dos primeiro e segundo elementos conforme figura Novamente a corrente que percorre os dois primeiros elementos é a resultante da soma da corrente residual gerada pela fonte e a corrente induzida pelos campos eletromagnéticos gerados pelo terceiro elemento em que predomina a ressonância. Portanto é desprezível ou pouca influência ocorre na radiação total pelos elementos que não estão em ressonância, sendo predominantes os campos distantes gerados por um único elemento radiante sendo ele definido de acordo com a frequência utilizada. Figura Distribuição de Corrente em 3,5 GHz 28

44 Impedância de entrada para a associação dos três elementos ressonantes De maneira análoga ao efeito de impedância de entrada apresentado na seção quando é introduzido o segundo elemento na antena, em que a impedância do primeiro elemento em relação à frequência de ressonância correspondente pouco se altera. Como já esperado esse efeito se confirma novamente quando introduzido o terceiro elemento na antena conforme é observado na figura Figura Comparação entre as impedâncias de entrada das antenas com dois elementos e com três elementos A Impedância de entrada de uma antena pode ser expressa por uma soma de duas parcelas, uma contendo a parte real (Resistência da antena) e outra contendo a parte imaginária (Reatância da antena). A impedância de uma antena geralmente é definida no ponto em que a parte imaginária da impedância de entrada é zero conforme estudado no Capítulo 2. A impedância da antena proposta é definida utilizando o mesmo método, onde á impedância apresentada nos terminais de entrada da antena tem valores aceitáveis para projeto e variam de acordo com as três frequências em que a antena foi projetada para operar. Há uma impedância associada para cada elemento ressonante da antena, essa característica é devido a mutua alimentação entre os três elementos da antena. Por tanto a parte imaginária da impedância total de entrada se anula em três pontos próximos das frequências de ressonância 29

45 da antena, nestes pontos são definidas as impedâncias de entrada para cada frequência que é exatamente a parcela contendo a parte real da impedância de entrada da antena conforme figura Figura Gráfico simulado no CST para a reatância da antena proposta em função da frequência 3.3 Considerações Finais Neste capítulo foram apresentados os estudos sobre o detalhamento do projeto proposto e análise dos principais efeitos eletromagnéticos ocasionados pela associação dos elementos radiantes. A mesma não apresenta grande interferência mútua entre elementos ou é desprezível, pois devido à espessura do material condutor ser muito pequena a área entre os elementos também é muito pequena, logo poucos efeitos reativos são introduzidos. 30

46 CAPÍTULO 4 PROJETO E SIMULAÇÃO DA ANTENA Para elaborar os antigos projetos de antenas, antes da evolução dos computadores, o método utilizado era a técnica de projetos experimentais iterativos. Este método requeria um trabalho árduo, pôs os pesquisadores tinham que confeccionar e medir diversas estruturas fazendo as devidas correções a cada iteração até chegar ao projeto final. Após a evolução dos modernos computadores esse método foi substituído por métodos numéricos e softwares simuladores de problemas de eletromagnetismo. Os métodos numéricos são geralmente implementados em programas que executam linguagens de programação estruturada ou orientada a objeto, esses métodos são largamente utilizados para projetos e simulação de antenas, porém requerem auto processamento computacional para serem implementados sendo necessária a utilização de clusters de computadores de alta capacidade para uma resposta mais rápida. Alguns muito utilizados na solução de projetos de antenas são: Método dos Elementos Finitos (FEM), Métodos dos Momentos (MoM) e Método de Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (FDTD), ambos utilizam as equações de Maxwell para solucionar problemas de eletromagnetismo. Os simuladores de problemas de eletromagnetismo também são baseados em métodos numéricos, porém surgiram para diminuir os esforços computacionais e dar uma resposta mais rápida ao projetista. Esses programas trabalham com constantes numéricas aproximadas, possibilitando a diminuição dos processamentos computacionais sem comprometer a eficiência do método a ser utilizado pelo software. Em [33] é realizada uma análise que compara o desempenho de diversos softwares de eletromagnetismo. O HFSS [32], baseado no Método dos Elementos Finitos (FEM), e o CST [24], baseado na Técnica de Integração Finita [34], são exemplos de ferramentas disponíveis no mercado capazes de simular pequenas e grandes estruturas que compõem problemas eletromagnéticos, esses programas possuem ainda capacidades de processamento computacionalmente distribuídos. Neste capítulo todos os resultados apresentados foram obtidos em simulações utilizando o software comercial CST STUDIO SUITE A escolha dessa ferramenta se deve ao fato de ser um dos principais recursos computacionais para simulação de problemas de eletromagnetismo atualmente utilizados no mercado. A seguir serão apresentadas todas as simulações feitas no desenvolvimento do protótipo final. Na seção 4.1, será apresentado o projeto e simulação da linha de microfita 31

47 utilizada na alimentação da antena. Na seção 4.2 serão apresentados os parâmetros de simulação, e na serão 4.3 serão apresentadas as etapas do projeto de antena simulado no CST Projeto da Linha de microfita As características da linha de microfita utilizada para alimentar todas as antenas, foram obtidas utilizando as equações apresentadas no capítulo 3. As características da linha são =0,31, h=0,138, calculados para uma impedância característica =50Ω. Figura 4.1. Linha de microfita Na figura 4.2, apresenta a perda de retorno para a linha de microfita da figura 4.1, acoplada a uma carga resistiva linear de 50 Ω coforme circuito equivalente mostrado na figura 4.3. De acordo com o gráfico apresentado o nível de perda de retorno para a faixa de (0,2 4) GHz, está a baixo de 10 db, validando o uso da linha de microfita calculada para alimentar a antena proposta. Onde apresentou uma impedância característica de aproximadamente 47 Ω. 32

48 Figura 4.2. Gráfico de parda de retorno para linha de microfita com carga resistiva Figura 4.3. Circuito equivalente para a linha de microfita 4.2. Parâmetros de simulação Para obtenção dos parâmetros de reflexão da antena proposta utilizou-se nas simulações um pulso gaussiano modulado no domínio do tempo e da frequência, o espectro do pulso no domínio do tempo e frequência são respectivamente apresentados nas figuras

49 Figura 4.4. Pulso gaussiano no domínio do tempo A banda do pulso está compreendida entre ( ) GHz com uma largura de banda percentual de (%)=105. Figura 4.5. Pulso gaussiano no domínio da frequência 34

50 4.3. Simulação das etapas do projeto da antena com tripla ressonância Neste tópico serão apresentadas todas as simulações feitas no desenvolvimento do projeto da antena final. Na seção serão apresentadas as simulações feitas para antena com um único elemento ressonante projetado para operar na frequência de 2 GHz. Posteriormente na seção é introduzido na simulação da antena um segundo elemento para a segunda ressonância da antena em 2,5 GHz. Por fim na seção 4.3.3, chega-se a estrutura final proposta introduzindo o terceiro elemento ressonante em 3,5 GHz Antena com um elemento ressonante e operação em 2 GHz A figura 4.6, apresenta a antena montada no CST inicialmente com um único elemento projetado para operar na frequência de 2 GHz. As configurações da linha de microfita e do elemento radiante foram apresentadas anteriormente no capítulo 3. Para a simulação da antena, uma porta de alimentação foi introduzida no início da linha de microfita conforme a figura apresentada. O ponto de referência para obtenção dos parâmetros de reflexão é 1, após a célula onde a porta está definida. Figura 4.6. Antena com um único elemento O gráfico do coeficiente de reflexão da antena em função da frequência obtido na simulação é mostrado na figura 4.7, observa-se que o menor valor da razão entre onda 35

51 refletida e onda incidente ocorre em aproximadamente de 2 GHz, o limiar de projeto em que os valores de são aceitos são qualquer valores 0,316 conforme tabela 2.1. Figura 4.7. Gráfico do coeficiente de reflexão ( ) em função da frequência A figura 4.8 apresenta o gráfico de perda de retorno da antena. É observado no gráfico que a faixa em que a antena opera está compreendida entre 1864 MHz e 2110 MHz definida nos dois pontos de 10 do gráfico. Figura 4.8. Gráfico de perda de retorno para antena com um elemento 36

52 Na figura 4.9 é apresentado o gráfico do VSWR onde os valores até 1.92 representão níveis de ondas estacionárias que não comprometem o desempenho do sistema. No gráfico do VSWR é observado que estes valores ocorrem na faixa em que a antena opera coforme comparado com o gráfico de perda de retorno da figura 4.8. Figura 4.9. Gráfico do VSWR para antena com um elemento O gráfico de impedância de entrada da antena é mostrado na figura No gráfico observam-se duas curvas, uma para a parte real (resistência da antena) e outra para a parte imaginária (reatância da antena). A impedância de entrada obtida para a frequência de 1982 MHz onde ocorre a máxima transferência de energia radiada é de aproximadamente 36,57 Ω. Essa impedância é puramente real pôs nessa região a contribuição da parte imaginária da impedância de entrada da antena é zero. 37

53 Figura Gráfico de impedância de entrada parte real e parte imaginária No gráfico de distribuição de campo elétrico tridimensional na antena, figura 4.11, observa-se que a maior intensidade de campo elétrico ocorre na região do elemento radiante. Figura Distribuição de Campo elétrico tridimensional Na figura 4.12, é mostrada a distribuição superficial de corrente na antena. Semelhantemente ao monopolo e ao dipolo estudados no capítulo 2, a distribuição de corrente ocorre com maior intensidade na entrada da antena e decai ao longo do seu comprimento até se anular na extremidade do elemento. 38

54 Também é observado que a máxima corrente superficial ocorre na linha de microfita da antena onde os campos elétricos gerados pela corrente de superfície se anulam ao longo da linha ou pouca energia é radiada pela linha. Isso ocorre por conta de a linha de microfita se tratar de uma linha de transmissão bifilar. Figura Distribuição superficial de corrente na antena O diagrama de campo distante ou diagrama de radiação tridimensional da antena é mostrado na figura 4.13, a estrutura da antena é foi colocada dentro do diagrama que está com o efeito transparecido para melhor interpretação do diagrama. A máxima radiação da antena ocorre no plano de azimute plano x-z em que é apresentado o gráfico. Figura Diagrama de radiação tridimensional da antena com um elemento 39

55 O diagrama de radiação polar do plano de elevação é apresentado na figura Observa-se que o diagrama de radiação obtido para a antena com um elemento novamente apresenta semelhança com o obtido para o dipolo de meio comprimento de onda estudado no capítulo 2. Figura Diagrama polar da antena com um elemento radiante Antena com dois elementos ressonantes e operação em 2 GHz e 2,5 GHz Na figura 4.15, é mostrada a antena a ser simulada no CST nesta etapa. Foi introduzido um segundo elemento ressonante na antena anteriormente simulada, as configurações do segundo elemento foram apresentadas na seção 3.2 do capítulo 3. Figura Antena com dois elementos ressonantes 40

56 Com a utilização de dois elementos radiantes na antena é observado no gráfico do coeficiente de reflexão da antena dois pontos em que o coeficiente de reflexão é menor que 0,316 conforme mostrado na figura Os dois pontos mínimos em 2 GHz e 2,54 GHz, são as frequências de ressonâncias obtidas para cada elemento da antena. Figura Gráfico do coeficiente de reflexão para a antena com dois elementos Na figura 4.17, é apresentado o gráfico de perda de retorno para a antena com os dois elementos ressonantes. Para a ressonância em 2 GHz a cobertura vai de ( ) MHz, e para a segunda ressonância em 2,54 GHz a cobertura vai de ( ) MHz. 41

57 Figura Gráfico de perda de retorno para a antena com dupla ressonância A taxa de onda estacionária semelhantemente para caso anteriormente apresentado para a antena com um elemento, obtém-se valores aceitáveis 1.92 para as duas faixas de operação da antena conforme figura Figura Gráfico do VSWR para a antena com dupla ressonância 42

58 Observa-se na figura 4.19, que há duas impedâncias de entrada para a antena, cada uma associada a uma frequência de ressonância, sendo 38,47 Ω e 35,5 Ω para as frequências de 2 GHz e 2,55 GHz respectivamente. Essas impedâncias são puramente reais, pois nesses pontos as partes imaginárias da impedância de entrada são nulas. Figura Gráfico de impedância de entrada parte real e parte imaginária para a antena com dupla ressonância As figuras 4.20(a-b), mostram as distribuições de campos elétricos para as simulações feitas com um pulso em 2 GHz e outro em 2,5 GHz. Observa-se que na figura 4.20(a), frequência de 2 GHz, o campo elétrico se concentra com maior intensidade no primeiro elemento da antena, em que ocorre ressonância. Na simulação utilizando a frequência de 2,5 GHz observa-se que a concentração de campo elétrico é mais intensa no segundo elemento ressonante o qual foi projetado para esta frequência. Figura 4.20(a). Campo Elétrico em 2 GHz Figura 4.20(b). Campo Elétrico em 2,5 GHz 43

59 Nas figuras 4.21(a-b) são apresentados os diagramas de radiação tridimensional para as radiações em 2 GHz e 2,5 GHz respectivamente. Figura 4.21(a). Diagrama 3D em 2 GHz Figura 4.21(b). Diagrama 3D 2,55 GHz Nas figuras 4.22(a-c) são apresentados os diagramas de radiação polar para as radiações em 2 GHz e 2,5 GHz respectivamente. Figura 4.22(a). Diagrama Polar em 2 GHz Figura 4.22(b). Diagrama polar em 2,5 GHz Antena com três elementos ressonantes e operação em 2 GHz, 2,5 GHz 3,5 GHz A antena mostrada na figura 4.23, é o protótipo final montado no CST para simulação e apresentação dos resultados simulados nesta seção. A antena final consiste da introdução do terceiro elemento ressonante dando a antena um formato de um garfo tridente. O terceiro elemento possibilita a antena uma terceira ressonância em 3,5 GHz. A configuração da antena mostrada nesta figura foi apresentada anteriormente na seção 3.2 do capítulo 3. 44

60 Figura Antena proposta com três elementos ressonantes Com a introdução do terceiro elemento ressonante na antena, observa-se no gráfico do coeficiente de reflexão obtido na simulação, que ocorrem três pontos em que o coeficiente de reflexão é menor que 0,316 conforme mostrado na figura Os três pontos de mínimos valores obtidos em 2 GHz, 2,55 GHz e 3,47 GHz, são as frequências de ressonâncias obtidas para cada elemento da antena respectivamente. Figura Gráfico do coeficiente de reflexão na antena com três elementos ressonantes 45

61 Na figura 4.25, é apresentado o gráfico de perda de retorno para a antena com os três elementos ressonantes. Para a ressonância em 2 GHz a cobertura vai de ( ) MHz, para a segunda ressonância em 2,55 GHz a cobertura vai de ( ) MHz e para a ressonância em 3,5 GHz a cobertura vai de ( ) MHz. Figura Gráfico de perda de retorno para a antena com três elementos ressonantes A taxa de onda estacionária pertinentemente semelhante aos casos anteriormente simulados para as antenas com um elemento ressonante e posteriormente com dois elementos ressonantes fornecem valores 1.92 para as três frequências de operação da antena conforme figura

62 Figura Gráfico do VSWR da antena com tripla ressonância A impedância de entrada da antena com tripla ressonância, defini-se semelhantemente ao método utilizado para a antena com dupla ressonância. Existem três valores de impedâncias reais associadas a cada frequência de operação da antena onde ocorrem nulos das parcelas de impedâncias de entradas imaginárias. As impedâncias de entrada obtidas para as frequências de 2 GHz, 2,5 GHz e 3,5 GHz são respectivamente 38,39 Ω, 32,28 Ω e 35,39 Ω conforme figura Figura Gráfico de Impedância de entrada parte real e parte imaginária em função da frequência de ressonância 47

63 Semelhantemente as simulações feitas para obtenção das distribuições de campos elétricos para os dois elementos na seção Ao introduzir o terceiro elemento e realizar as simulações de distribuição de campo elétrico para cada frequência de interesse, ou seja, em 2 GHz, 2,5 GHz e 3,5 GHz. É observado que há concentração de campo com maior intensidade nos elementos de acordo com a frequência de ressonância para os quais foram projetados conforme figuras 4.28(a-c). Figura 4.28(a). Campo Elétrico em 2 GHz Figura 4.28(b). Campo Elétrico em 2,5 GHz Figura 4.28(c). Campo Elétrico em 3,5 GHz Nas figuras 4.29(a-c) são apresentados os diagramas de radiação tridimensional para as radiações em 2 GHz, 2,5 GHz e 3,5 GHz respectivamente. 48

64 Figura 4.29(a). Diagrama 3D em 2 GHz Figura 4.29(b). Diagrama 3D em 2,5 GHz Figura 4.29(c). Diagrama 3D em 3,5 GHz Nas figuras 4.30(a-c) são apresentados os diagramas de radiação polar plano E para as radiações em 2 GHz, 2,5 GHz e 3,5 GHz respectivamente. Figura 4.30(a). Diagrama Polar em 2 GHz Figura 4.30(b). Diagrama polar em 2,5 GHz 49

65 Figura 4.30(b). Diagrama Polar em 3,5 GHz 4.4 Considerações Finais Os resultados apresentados neste capítulo foram todos produzidos por simulação computacional utilizando o software CST, onde foram obtidos resultados simulados para cada etapa do projeto da antena final proposta. A satisfatória obtenção dos resultados servil para o projeto, montagem, medição e comparação do protótipo final, apresentado no capítulo posterior deste trabalho. 50

66 CAPÍTULO 5 CONFECÇÃO, MEDIÇÃO E TESTE DO PROTÓTIPO DA ANTENA Neste capítulo será apresentado o processo de confecção e medição do protótipo da antena proposta. Inicialmente será visto como se possibilitou a confecção do protótipo, posteriormente são realizadas medidas para obtenção dos parâmetros de reflexão da antena e por fim são apresentados alguns testes de recepção de sinais nas frequências de operação propostos neste trabalho. 5.1 Processo de confecção e medição da antena proposta A confecção do protótipo e as medições dos parâmetros de reflexão da mesma se devem a disponibilidade de utilização do espaço físico, equipamentos específicos, ferramentas e acessórios do Laboratório de Computação e Telecomunicações LCT da Universidade Federal do Pará UFPA. O projeto e confecção da antena são detalhados na seção Na seção serão apresentados os setups de medições para obtenção dos resultados e de teste utilizando a antena Confecção e montagem A antena proposta foi construída artesanalmente utilizando o método de corrosão através da utilização do Percloreto de férro. O material utilizado para confecção da antena é de baixo custo e a antena é de fácil fabricação, viabilizando o protótipo da antena para possível implantação nos dispositivos móveis portáteis de terceira e quarta geração. A descrição dos materiais utilizados para fabricação do protótipo da antena é detalhada na tabela

67 Tabela 5.1. Lista de materiais utilizados na confecção no protótipo da antena. Tipo de Material Quantidade Painél de Duroid Rogers 4003C 0,008, =3,38, h=0,138, 01 Un. medindo 50mm X 50mm. Conector tipo SMA fêmea 01 Un. Ferro de Solda 01 Un. Solda estanho 01 m. Percloreto de Ferro ½ litro As configurações da antena proposta conforme apresentadas anteriormente são novamente observadas na figura 5.1. A antena é constituída por três partes importantes sendo elas: linha de microfita, plano terra e antena conforme indicado na imagem ilustrativa da antena. Figura 5.1. Desenho ilustrativo da antena proposta e suas configurações 52

68 Todas as medidas utilizadas na confecção do protótipo foram obtidas a partir de simulações no software comercial CST, no protótipo focou-se manter as configurações do projeto original obtido na simulação para que a mesma seja validada com as medições e comparações entre os resultados simulados e medidos. As figuras 5.2.(a-b) apresentam as imagens da antena montada com dimensões de largura igual a 50 mm por altura de 65 mm com conector SMA. Figura 5.2.(a). Imagem de frente do protótipo da antena proposta Figura 5.2.(a). Imagem de traz do protótipo da antena proposta Medição e comparação Para medições dos parâmetros de reflexão da antena proposta utilizou-se o equipamento Site Master Anritsu S332E, um conector conversor tipo N macho para tipo SMA macho e um cabo coaxial de 1 metro. Todos os componentes utilizados na medição e obtenção dos parâmetros de reflexão da antena proposta possuem impedância característica de 53

69 50Ω e são de propriedade do LCT. O setup de medições utilizado para obtenção dos resultados é mostrado na figura 5.3. Figura 5.3. Setup de medição dos parâmetros de reflexão da antena proposta Resultados comparativos Nos gráficos de coeficiente de reflexão medido e simulado observa-se facilmente que os mesmos são aproximados conforme figura 5.4. A coerência entre resultados simulados e medidos valida a obtenção do projeto final da antena por simulação no CST. Com relação a precisão dos resultados comparados as divergências encontradas entre as curvas se devem a: diferenças entre as características dos materiais utilizados na simulação (Condutor Elétrico Perfeito - PEC) e na medição (Cobre). As mesmas diferenças entre curvas medidas e simuladas constatam-se nas Figuras subseqüentes. 54

70 Figura 5.4. Gráfico comparativo do coeficiente de reflexão na antena proposta No gráfico comparativo de perda de retorno é possível melhor observar a coerência dos resultados no que diz respeito ás frequências de ressonância e as larguras de banda de cada ressonância conforme figura 5.5. Figura 5.5. Gráfico comparativo de perda de retorno da antena proposta 55

71 Um melhor detalhamento comparativo entre os resultados simulados e medidos de perda de retorno são apresentados na tabela 5.2. Onde mostra as bandas em que a antena opera os limites de frequência superior e inferior, frequência central, a largura de banda percentual e o nível de perda de retorno. Banda (MHz) Tabela 5.2. Tabela comparativa entre resultados simulados e medidos. FL (MHz) FC (MHz) FH (MHz) (%) Perda de retorno (db) medido simulado medido simulado medido simulado medido simulado medido simulado ,6-18, ,83-17, ,62-16,84 Semelhantemente, a comparação entre os gráficos do VSWR entre os resultados medidos e simulados não divergem. São observados no gráfico os mesmos valores de bandas apresentados na tabela 5.2, esses valores são observados para um limiar de VSWR igual a 1.92 conforme figura 5.6. Figura 5.6. Gráfico comparativo do VSWR da antena proposta Na figura 5.7 são apresentados os gráficos comparativos de impedância total de entrada da antena sendo: simulado e medido. Observa-se nos gráficos que a impedância total 56

72 de entrada da antena é aproximadamente 50 Ω nas regiões de ressonância da antena. Para os dois gráficos esses pontos são onde ocorre o casamento de impedância entre a antena e a fonte. Figura 5.7. Gráfico de impedância total de entrada da antena proposta Na tabela 5.3 apresenta uma comparação entre impedâncias de entrada e frequências de ressonância da antena proposta para os resultados medidos e simulados. Tabela 5.3. Tabela comparativa entre resultados simulados e medidos. Banda (MHz) Frequência de ressonâcia (MHz) medido Impedância da fonte em Ω Impedância de entrada em Ω Perda de retorno (db) simulado medido simulado medido simulado medido simulado ,6-18, ,7 66,3-18,83-17, ,6 66,7-19,62-16,84 Observa-se uma divergência entre larguras de bandas medidas e simuladas, acreditando-se ser por conta do tipo de materiais utilizados na medição e simulação sendo eles respectivamente Cobre e PEC. 57

73 Testes Utilizando a Antena Proposta Um setup de medição de recepção de sinal utilizando a antena proposta foi montado para avaliação da mesma. O cenário de teste é mostrado na figura 5.8. Para a transmissão foram utilizados um Gerador de sinal HEWLETT PACKARD 83752A, uma ANTENA MONOPOLO FILAMENTAR SOBRE UM PLANO TERRA, um CABO COAXIAL e dois CONETORES SMA machos. Para a recepção utilizou-se a função SPECTRUM ANALYZER do SiteMaster Anritsu S332E, um conector CONVERTOR de tipo N macho para tipo SMA fêmea e a ANTENA PROPOSTA. Figura 5.8. Cenário de teste de recepção da antena proposta Para verificação de funcionamento da antena nas frequências propostas inicialmente gerou-se um sinal de teste centrado na frequência de 2 GHz. O sinal recebido é observado no analisador de espectro utilizando a antena proposta para recepção conforme figura

74 Figura 5.9. Sinal recebido na frequência de 2 GHz Da mesma forma foram gerados posteriormente sinais de testes nas frequências de 2,5 GHz e 3,5 GHz. Pode-se verificar a recepção dos mesmos utilizando a antena proposta conforme figuras 5.10 e 5.11, para as frequências de 2,5 GHz e 3,5 GHz respectivamente. Figura Sinal recebido na frequência de 2,5 GHz 59

75 Figura Sinal recebido na frequência de 3,5 GHz Na tabela 5.4 é apresentado um detalhamento do teste utilizando a antena proposta no modo de recepção para as três frequências de interesse. O ganho da antena receptora e transmissora é representado pelas siglas e respectivamente em dbi. As potências transmitidas e recebidas em dbm são representadas na tabela pelas siglas e respectivamente. Tabela 5.4. Tabela apresentando o detalhamento dos testes. Frequência (medido) (calculado) Distância 2000 MHz 4 2, ,4 2 m 2500 MHz 4 2, ,6-31,4 2 m 3500 MHz 4 2, ,5-33,8 2 m 60

76 Por fim, foi realizado um teste de conectividade e acesso a internet via rede móvel 3G da operadora VIVO. Os materiais utilizados para o teste são: Samsung Galaxy S2. Cabo Samsung para conexão de antena rural. Protótipo da antena. A antena é conectada ao dispositivo móvel por meio do conector destinado a antenas rurais conforme figura Figura Setup de conexão entre antena e o aparelho Após conectar apenas o cabo no aparelho é observado que o sinal de recepção do dispositivo é nulo conforme figura 5.13, após conectar a antena no cabo o sinal é reintegrado com o máximo nível amostrado na tela do aparelho conforme figura Figura Dispositivo conectado apenas ao cabo para antena rural 61

77 Figura Dispositivo com a antena conectada no cabo 5.2 Considerações Finais Neste capítulo abordou-se o mecanismo utilizado na montagem do protótipo da antena proposta. Com a utilização de equipamentos como Gerador de Sinal, Analisador de Espectro e o Site Master, foram realizados testes práticos e medições para comparações com resultados simulados no CST, onde se verificou a funcionalidade do projeto proposto. O capítulo posterior de conclusões apresenta as considerações finais deste trabalho e propostas para trabalhos futuros. 62